Question

12．減少二氧化碳的排放，氮氧化物、二氧化硫的處理與利用是一項重要的熱點課題．
Ⅰ．（1）CO₂經催化加氫可合成低碳烯烴：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H  在0.1MPa時，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，圖1所示不同溫度（T）下，平衡時的四種氣態物質的物質的量（n）的關系．

①該反應的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②曲線b表示的物質為H₂O．
③為提高CO₂的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是加壓（或不斷分離出水）．
（2）在強酸性的電解質水溶液中，惰性材料做電極，電解CO₂可得到多種燃料，其原理如圖2所示．
b為電源的正極，電解時，生成乙烯的電極反應式是2CO₂+12e^-+12H⁺=C₂H₄+4H₂O．
Ⅱ．（3）用活性炭還原法可以處理氮氧化物．如反應：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ•mol^-1．
在T₁℃時，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

時間（min） 濃度（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①T_l℃時，該反應的平衡常數K=$\frac{9}{16}$．
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據上表中的數據判斷改變的條件可能是通入一定量的NO；適當縮小容器的體積；增大壓強；通入等物質的量的CO₂和N₂（答一種即可）．
Ⅲ．（4）工業上可以用NaOH溶液或氨水吸收過量的SO₂，分別生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性．相同條件下，同濃度的兩種酸式鹽的水溶液中c（SO₃^2-）較小的是NH₄HSO₃，用文字和化學用語解釋原因HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，NH₄⁺水解使c（H⁺）增大，電離平衡逆向移動，c（SO₃^2-）濃度減小．

Answer 1

分析 （1）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應放熱；可知a為CO₂的變化曲線，結合計量數關系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線；
（2）太陽能電池為電源，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在陰極生成．據此解答；
（3）①T_l℃時，由表格數據可知20min達到平衡，平衡濃度c（N₂）=0.3mol/L、c（CO₂）=0.3mol/L、c（NO）=0.4mol/L，以此計算反應的平衡常數；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），由圖表數據分析，平衡狀態物質濃度增大，平衡常數K′═$\frac{0.36×0.36}{（0.48）^{2}}$=$\frac{9}{16}$，平衡常數不變，則結合濃度增大的影響因素來解答；
（4）根據銨根水解成酸性，抑制亞硫酸氫根的電離比較同濃度的兩種酸式鹽的水溶液中c（SO₃^2-）的濃度．

解答 解：（1）①由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應放熱，
故答案為：＜；
②隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，因氫氣為反應物，則另一條逐漸增多的曲線為CO₂，由計量數關系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線，
故答案為：H₂O；
③為提高CO₂的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強，
故答案為：加壓（或不斷分離出水）；
（2）電解時，二氧化碳在b極上生成乙烯，得到電子的一極為電源的正極，電極反應式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，
故答案為：正；2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O；
（3）①T_l℃時，由表格數據可知20min達到平衡，平衡濃度c（N₂）=0.3mol/L、c（CO₂）=0.3mol/L、c（NO）=0.4mol/L，則K=$\frac{0.3×0.3}{（0.4）^{2}}$=$\frac{9}{16}$，
故答案為：$\frac{9}{16}$；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），由圖表數據分析，平衡狀態物質濃度增大，平衡常數K′═$\frac{0.36×0.36}{（0.48）^{2}}$=$\frac{9}{16}$，平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；由氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，則改變的條件可能是通入一定量的NO或適當縮小容器的體積或增大壓強或通入等物質的量的CO₂和N₂，
故答案為：通入一定量的NO或適當縮小容器的體積或增大壓強或通入等物質的量的CO₂和N₂．
（4）因為HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，生成亞硫酸根離子，又銨根水解成酸性，抑制亞硫酸氫根的電離，所以NH₄HSO₃中c（SO₃^2-）濃度減小，
故答案為：NH₄HSO₃；HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，NH₄⁺水解使c（H⁺）增大，電離平衡逆向移動，c（SO₃^2-）濃度減小．

點評 本題涉及氧化還原、化學平衡移動以及原電池反應等知識，考查了學生分析問題、解決問題的能力，題目難度中等．